Квантовые киберугрозы, вероятно, появятся ещё через несколько лет. Почему — и как — мы сегодня работаем, чтобы их остановить

Вы, вероятно, делаете это каждый день, не задумываясь — совершаете покупки в интернете с помощью кредитной карты, устанавливаете обновление на свой телефон или отправляете конфиденциальный файл коллеге. Но как можно быть уверенным, что ваши учетные записи не будут взломаны или что обновление не является вредоносным ПО?

Ответ кроется в протоколах интернет-безопасности, которые защищают миллиарды транзакций и коммуникаций каждый день. Современные методы шифрования используют алгоритмы, которые слишком сложны для взлома обычными компьютерами. Даже самый мощный суперкомпьютер может потратить миллионы лет на угадывание, прежде чем найдет правильный пароль.

Но новое устройство, называемое квантовым компьютером, может взломать код за считанные минуты. Используя свойства квантовой механики для беспрецедентных достижений в вычислительной мощности, эти машины могут помочь учёным открывать мощные лекарства или разрабатывать высокоэффективные аккумуляторы. Тем не менее, в руках преступных синдикатов или государственных хакеров они могут разрушить фундамент цифровой безопасности. Хотя квантовые компьютеры пока недостаточно широко доступны, чтобы нарушить криптографические стандарты, гонка за укрепление обороны по всему миру уже началась.

«Мы сталкиваемся с по-настоящему экзистенциальной угрозой для мировой торговли», — говорит Эд Маклафлин, президент и технический директор Mastercard. «Мы хотим возглавить инновации, чтобы защищать бизнес и клиентов по всему миру.»

Поэтому в 2021 году Mastercard запустила проект «Квантовая безопасность и коммуникации», моделируя новые методы шифрования, устойчивые к квантовым атакам. Результаты напрямую повлияют на будущие проекты сетей, когда инженеры выявляют уязвимости и тестируют обновления. 

Квантовые компьютеры, как и классические, опираются на физические явления для кодирования информации в виде строк единиц и нулей. В вашем ноутбуке физическим объектом является электрический ток, который может быть либо выключен, либо включён — 0 или 1. Квантовый компьютер использует кубиты — субатомные частицы, изолированные в специализированных цепях или вакуумных камерах. Как и схемы классического компьютера, кубиты ограничены двумя разными состояниями (например, направлением спина электрона или поляризацией фотона).

Но — вот тут начинает становиться странно — кубиты можно ставить в суперпозицию, то есть они одновременно занимают оба состояния, пока их не наблюдают, после чего они сливаются в единый результат. (Помните кота Шрёдингера, живого и мёртвого одновременно?) Это дополнительное измерение позволяет квантовым компьютерам одновременно создавать все возможные решения задачи.

Квантовая механика также наделяет кубиты множителем силы, и это ещё страннее: кубиты могут запутаться, то есть их состояния коррелируют — либо всегда совпадают, либо противоположны. Независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга, изменения в запутанном кубите мгновенно влияют на остальные, и наблюдение за ним подтверждает состояние его аналогов.

Эти два свойства — суперпозиция и квантовая запутанность — наделяют квантовые компьютеры экспоненциально большей мощностью, чем могут обеспечить самые передовые суперкомпьютеры современности. Запутанные кубиты в состоянии суперпозиции регистрируют все возможные комбинации своих состояний, поэтому каждый дополнительный кубит удваивает объем данных: два кубита хранят четыре значения, три кубита — восемь, а 50 — более квадриллиона.

«Именно это делает их мощнее — они выходят за рамки традиционных способов обработки данных», — говорит Джордж Маддалони, который руководит командой по операциям, сетям и цифровому опыту сотрудников в Mastercard и руководит подходом компании к обеспечению своей сети защиты от квантовых угроз в будущем.

«В ближайшие 15 лет эти компьютеры могут взломать основы глобальной инфраструктуры кибербезопасности.»